JPH0131921Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、各種工作機械類や三次元測定器など
において、加工基準点あるいは測定始点や測定終
点を検出するためのタツチセンサに関するもので
ある。

例えば、工作機械などで加工を行う場合に、加
工位置を測定するための基準位置を正確に設定す
ることは、きわめて重要である。

この基準位置の設定を行うには、従来よりタツ
チセンサが用いられている。すなわち第１図に示
すように、工作機械等の加工主軸１に、工具に替
えてタツチセンサ２を装着する。そして、ハンド
ル５を回転させることによつて、移動テーブル３
上に載置固定されている被加工物４の端面を前記
タツチセンサ２の測定子７に当接させ、この両者
の接触を、例えば電気的に検出して、移動テーブ
ル３に取付けられているスケール６により読取る
ようになつている。

測定システムにあつても、その測定始点や終点
の検出は同様に行われており、測定ヘツドにタツ
チセンサを装着し、各点とタツチセンサとの接触
を一般には電気的に検出して、位置の読取りを行
う構成となつている。

ところでこの場合、タツチセンサに要求される
性能としては次のような点が掲げられる。

まず第１としては、被測定物との接触解除後、
タツチセンサの測定子の定位置への復帰再現性の
よいことが必要である。また、被測定物に対する
測定子の接触方向によつて変位力に差が生じない
ことも第２の要件として掲げられる。さらに、測
定時に、応々にして被測定物と測定子とを強く当
接させてしまうことがあり、その衝撃によつて測
定点が移動したり、測定子の復帰定位置の変動等
を招くおそれがあるため、Ｘ，Ｙ，Ｚのいずれの
方向に対しても測定子の許容変位置は大きい程望
ましい。

タツチセンサに要求されるこれらの特性を満す
べく、従来より種々の工夫がなされており、例え
ば測定子の中間部分にコイル状の切込み部を形成
して弾性緩衝部とし、被測定物との当接時に加わ
る外力を吸収し、測定子の許容変位量を大きくす
る工夫や、測定子の支持機構に特殊形状の溝等を
形成し、定位置復帰時の再現性を確保する工夫が
行われているが、未だ十分でない。

本考案は上述した事情に鑑みてなされたもので
あり、測定子の中間部分が挿通する筒状体をいわ
ゆるジンバル機構により支持することにより、測
定子のいずれの方向における変位量も大きくと
れ、かつ各方向に対する変位力にほとんど差が生
ぜず、しかも測定子の定位置への復帰再現性のよ
いタツチセンサを提供することを目的とするもの
である。

すなわち本考案によるタツチセンサは、両端部
に被測定物に当接する接触部とフランジ部が形成
された測定子を、ケース内で少なくとも三個の突
起部を有する支持部により下方から支持し、かつ
弾性部材により前記測定子のフランジ部を常時支
持部側に押圧させるとともに、前記測定子の中間
部分をスライド自在に筒状体で支持し、この筒状
体の外周に、それぞれ間隔を存して内外側リング
部を配設し、さらに、前記筒状体と内側リング間
及び内側リングと外側リング間に、互いに直交す
る方向に回動支持軸部を介在させた構成になるも
のである。

以下、図面を参照して本考案によるタツチセン
サの一実施例を説明する。

第２図は、本考案によるタツチセンサの一部縦
断面図であり、第３図は、第２図中における−
線に沿う矢視断面図、第４図は、同第２図中に
おける−線に沿う矢視断面図である。また第
２図は、本考案の要部の一つである回動機構をよ
り明確化するために第４図に示す−線に沿う
縦断面図として示している。

しかして第２図において、１１は工作機械の主
軸や測定器の主軸に装着されるシヤンク１１ａと
一体に形成された上部ケースであり、１２は、後
述するジンバル機構の外側リング部ともなる下部
ケースである。そして両ケース１１，１２は、ボ
ルト１３により一体に締付け固定される。

さらに１４，１５は、前記上部ケース１１内の
突出片部にワツシヤを介してボルト１６によつて
固定された絶縁板及び接触信号発生用の回路が形
成された基板である。

また１７は、ナツト１７ａ、ワツシヤ１７ｂに
よつて前記基板１５の所要回路と電気的に接続さ
れ、かつ絶縁板１４によつて前記各ケース１１，
１２とは電気的に絶縁された状態で絶縁板１４上
に突出して設けられた接点ボルトであり、この接
点ボルト１７は、第３図に示すように絶縁板１４
上に突出して少なくとも三個設けられ、接触信号
発生回路の一方の接点となるとともに、この接点
ボルトと対となつて他方の接点となる後述する測
定子のフランジ部に当接して、接触解除時の測定
子の定位置を規定するための支持部となつてい
る。この場合、前記絶縁板１４の上面を基準面と
すべく、この絶縁板１４の上面がシヤンク１１ａ
の側面と直角をなすようにボルト１６により調整
する。そして、前記絶縁板１４の上面からの各接
点ボルト１７の上端までの高さが等しくなるよう
に、その突出量を調整する。

また１８は、上部ケース１１と下部ケース１２
との軸中心を合致させるためのセツトスクリユー
であり、このセツトスクリユー１８、ボルト１
３，１６は、必要に応じて適宜個数設けられるも
のであるが、第３図では図面を簡単にする上か
ら、それぞれ一個のみ示している。

さらに第２図において、１９は下方先端に被測
定物と当接する接触部１９ａが形成され、上端部
にフランジ部１９ｂが一体に形成された測定子で
ある。

この測定子１９のフランジ部１９ｂは、シヤン
ク１１ａ内に刻設されためねじ部に螺合する調整
ねじ２０とフランジ部１９ｂ間に介装された押圧
部材としてのコイルばね２１により、常時接点ボ
ルト１７方向へ押圧されている。

一方、前記測定子１９の中間部分には、この測
定子１９の長さ方向の移動を案内する筒状体のス
リーブ２２が装着されており、このスリーブ２２
が、内側リング２３、外側リングとなる下部ケー
ス１２及びピボツト軸受からなるジンバル機構に
より二方向へ自在に運動できるように支持されて
いる。

すなわち、スリーブ２２の外側に間隙を存して
内側リング２３が配設され、この内側リング２３
とスリーブ２２との間には、スリーブ２２をその
軸に対して直交する方向に回動自在に支持する第
１の軸部２４、具体的には第４図に示すようにピ
ボツトねじ２４ａとピボツト軸受２４ｂよりなる
ピボツト機構が設けられている。さらに、前記下
部ケース１２が、前記内側リング２３に対する外
側リングとなつており、この両者間には、前記第
１の軸部２４と直交する方向から、前記内側リン
グ２３を回動自在に支持する第２の軸部２５、す
なわち第４図に示すようにピボツトねじ２５ａと
ピボツト軸受２５ｂよりなるピボツト機構が設け
られ、スリーブ２２の自由運動を支持するジンバ
ル機構が構成される。

ところで、前記接点ボルト１７及びフランジ部
１９ｂを一対の接点とする接触信号発生回路は、
例えば第５図に示すように構成される。

すなわち三個の接点ボルト１７のそれぞれに対
して、トランジスタQ₁〜Q₃及び抵抗R₁〜R₃から
なるスイツチング回路を設ける。一方測定子１９
のフランジ部１９ｂは、コイルばね２１を介して
上部ケース１１、そして図示しない工作機械等の
主軸に電気的に接続されて、アース回路を形成し
ている。また前記各接点ボルト１７は、各トラン
ジスタQ₁〜Q₃のベースと接続されており、各ト
ランジスタのコレクタ回路と電源V_B間に、検出
部DTが挿入される構成になるものである。ま
た、第２図において、２６は下部ケース１２を塞
ぐ蓋体、２７は接触信号発生回路の外部リードで
ある。

しかして、上述した構成における本考案による
タツチセンサの動作について説明する。

まず、本考案のタツチセンサの主要部となる測
定子１９、スリーブ２２、内外側リング２３，１
２及び第１、第２の軸部２４，２５を抽出し、そ
の一部を破断した斜視図を示せば、第６図に示す
ようになる。

ここで、スリーブ２２は、内外側リング２３，
１２に設けられた互いに直交する二つの軸部２
４，２５により回路自在に支持され、Ｘ，Ｙ，Ｚ
軸方向を図示するようにとれば、二つの軸部２
４，２５の交点を中心として、任意のＸ−Ｙ方向
に回動できるようになつている。また、前記測定
子１９は、スリーブ２２内を案内されて、その軸
方向にスライド自在に支持されているので、結局
測定子１９自体は、外側リングとなる下部ケース
１２に対して図示Ｘ，Ｙ，Ｚの任意方向に運動で
きる機構となつている。

一方この第６図に示す機構は、上、下部ケース
１１，１２内においては、コイルばね２１によつ
て常時は接点ボルト１７方向へ押圧されているた
めに、定常状態では前記接点ボルト１７により三
点支持され、測定子１９の接触部１９ａは、シヤ
ンク１１ａの軸心上に位置している。

この状態では、各接点ボルト１７とフランジ部
１９ｂとは接触しているので、第５図に示す回路
で、各トランジスタQ₁〜Q₃のベースは接地され
た状態となる。したがつて各トランジスタQ₁〜
Q₃はオフ状態となり、電源V_B、検出部DTを外部
リード２７に接続することにより、各抵抗R₁〜
R₃に微弱電流が流れる。

これに対し、測定子１９の接触部１９ａを被測
定物に任意方向から当接すれば、測定子１９はシ
ヤンク部１１ａの軸心に対してＸ，Ｙ，Ｚいずれ
かの方向に変位する。

この測定子１９の変位は、スリーブ２２及び第
６図に示すジンバル機構によつて支持されている
ために、きわめて円滑に行われ、かつその変位量
も大きくとれる。したがつて被測定物側を変位さ
せたり、あるいは損傷を与えることもない。

しかして、測定子１９が変位すれば、少なくと
もいずれか一個の接点ボルト１７とフランジ部１
９ｂとが切離する。

この状態を第５図に示す回路でみれば、少なく
ともいずれか一個のトランジスタQ₁〜Q₃のベー
スがアース回路から切離されたことになり、この
ベースが、アース回路から切離されたトランジス
タは、抵抗R₁〜R₃のいずれかを介して、電源電
圧V_Bで駆動されてオン状態にスイツチングされ
る。したがつて電源V_Bがトランジスタを介して
短絡されたことになり、検出部DTには大電流が
流れるので、この電流値の変化を捉え接触信号を
形成し、警報回路を駆動する、あるいは測定器の
測定動作を停止させることにより、接触点の検出
が行われる。

しかる後、被測定物と測定子１９との接触が解
かれるとコイルばね２１の押圧力により、測定子
１９は定位置に復帰する。この際、各接点ボルト
１７は、絶縁板１４の上面から同一高さに設定さ
れており、また絶縁板１４の上面は、シヤンク部
１１ａの側面と正確に直交するよう調整されてい
るため、接触前と同じく、シヤンク部１１ａの軸
心上に正確に復帰する。すなわち、復帰再現性が
きわめて良好となる。

この復帰再現性については、被測定物に対し
て、測定子をＸ，Ｙ，Ｚいずれの方向から当接し
た場合にあつても、その当接方向によらず常に良
好となり、測定子の変位量が大きくとれ、各移動
方向への変位力もほぼ等しく、しかも復帰再現性
のよいタツチセンサが実現できる。

ところで上述した実施例では、シヤンク１１ａ
内の調整ねじ２０とフランジ部１１ｂ間に、弾性
部材として円筒形のコイルばね２１を介在させた
例を示しているが、この弾性部材としては、フラ
ンジ部１９ｂと上部ケース１１内の対向面間にそ
れぞれ座を形成し、その間に鼓形のコイルばねを
介在させて、測定子１９の復帰時の円滑性を図る
ようにしてもよい。

そのほか本考案は、上記し、かつ図面に示した
実施例に限定されることなく、その要旨を変更し
ない範囲で種々変形して実施できるものである。

以上述べたように、本考案によるタツチセンサ
は、被測定物に当接する測定子の中間部分を筒状
体でスライド自在に支持し、かつこの筒状体をジ
ンバル機構により二方向への運動性を与えるべく
支持するとともに、前記測定子に定位置復帰性を
もたせるために、測定子先端部に一体に形成され
たフランジ部を少なくとも三個の突起部からなる
支持部で支持し、このフランジ部を弾性部材によ
り常時所定方向に押圧した構成になるものであ
る。

したがつて、前記測定子のXYZ方向の任意の
方向に対する変位量を大きくとれ、しかも各方向
に対する測定子の変位がわずかな力できわめて円
滑に行われるので、被測定物との当接時に被測定
物やタツチセンサ側の機構を損傷させたりその位
置を狂わせたりするおそれがなく、円滑な接触位
置の検出が行われるものである。

さらに、前記フランジ部は三個以上の突起部を
有する支持部により支持され、常時所定方向に偏
倚力が付与されているので、接触解除後の定位置
への復帰再現性がよく、常に正確な位置検出が可
能となり、検出精度を向上する上から、得られる
効果はきわめて大である。

また、支持部の三個の突起部とフランジ部とで
接触信号を形成するための接点機構が構成できる
ため、検出信号を容易、かつ確実に行え、正確な
接触検出を行う上からもすぐれた効果が得られる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、タツチセンサの使用例を説明するた
めの図、第２図〜第４図は、本考案によるタツチ
センサの一実施例を示す要部断面図、第５図は、
同実施例の接触信号形成回路を示す図、第６図
は、同実施例の動作を説明するための図である。 １１……上部ケース、１２……下部ケース、１
７……接点ボルト、１９……測定子、１９ａ……
接触部、１９ｂ……フランジ部、２１……コイル
ばね、２２……スリーブ、２３……内側リング、
２４……第１の軸部、２５……第２の軸部。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 一端に被測定物に当接する接触部が形成さ
   れ、他端にフランジ部が一体に形成された測定
   子と、ケース内において前記測定子のフランジ
   部を下方から支える少なくとも三個の突起部を
   有する支持部と、前記測定子のフランジ部を支
   持部方向に押圧する弾性部材と、前記ケース内
   で前記測定子の中間部分をスライド自在に支持
   する筒状体と、この筒状体の外周に間隔を存し
   て配設された内側リング部と、この内側リング
   部と筒状体との間に配設され、内側リング部に
   対して筒状体を回動自在に支持する第１の軸部
   と、前記内側リング部の外周に間隔を存して配
   設された外側リング部と、この外側リング部と
   内側リング部間に、前記第１の軸部と直交する
   方向に配設され、外側リング部に対して内側リ
   ング部を回動自在に支持する第２の軸部を備え
   た構成になるタツチセンサ。 (2) 前記支持部の三個の突起部と測定子のフラン
   ジ部とが、接点機構を構成する実用新案登録請
   求の範囲第１項記載のタツチセンサ。